Почему тепловые явления изучаются в молекулярной физике

Прежде чем перейти к изучению тепловых явлений, давайте вспомним, что мы изучали ранее. Мы изучали механику и механическое движение. Классическая механика Ньютона изучает перемещение одних тел относительно других в пространстве с течением времени.

Кинематика изучает само движение, а динамика изучает причины этого движения. Однако, механика не объясняет почему некоторые тела являются твердыми, некоторые — жидкими, а некоторые — газообразными. И тем более, с помощью механики нельзя объяснить изменения агрегатных состояний веществ.

Поэтому следует сделать уточнение: механика изучает движение макроскопических тел, то есть тел, состоящих из огромного числа молекул. Например, воздух в шарике, вода в стакане или цветок — все это макроскопические тела.

Как раз-таки, сами молекулы, атомы и более мелкие частицы называются микроскопическими телами.

Еще в восьмом классе вы убедились, что тепловые явления можно объяснить только на микроскопическом уровне. Тем не менее, тепловые явления, пожалуй — самые заметные после механических. Действительно, ведь мы с детства сталкиваемся с нагреванием или охлаждением тех или иных тел. Например, достаточно нагрев воду, её можно превратить в пар. Или же, наоборот, можно остудить воду настолько, что она превратится в лед. Эти изменения обусловлены изменением ряда параметров тела.

Существуют макроскопические и микроскопические параметры тела. К микроскопическим параметрам относятся масса частицы, скорость частицы, соответственно импульс и кинетическая энергия частицы. Эти параметры являются микроскопическими, поскольку относятся к отдельно взятой частице тела.

Макроскопические параметры — это параметры, относящиеся ко всему телу. К макроскопическим параметрам относятся давление, объём и температура.

Чтобы описать тепловые явления с точки зрения физики, необходимо вывести законы, которые могли бы объяснить изменение агрегатных состояний веществ. В восьмом классе вы познакомились с особым видом движения материи, которое называется тепловым движением. Тепловое движение — это беспорядочное движение молекул и атомов внутри тел.

Поэтому, тепловое движение происходит внутри всех макроскопических тел, независимо от того, двигается ли само тело или нет. Иногда тепловое движение называют броуновским. О нём мы подробно поговорим в одном из следующих уроков.

Тепловые явления играют огромную роль в нашей жизни, да и в жизни всей планеты. Человек и многие животные являются теплокровными, и для них необходимо поддержание точной температуры тела. Все вы прекрасно знаете, что изменение температуры в связи со сменой времен года может изменить вид планеты: с деревьев опадают листья, реки и озера замерзают и так далее. Можно себе представить, что было бы, если бы температура на Земле повысилась до ста градусов: испарились бы все водоемы, и Земля выглядела бы совсем иначе.

Изменение температуры существенно влияет на свойства многих тел. Например, если сильно заморозить тело, то оно становится очень хрупким. Даже, казалось бы, прочный металл, находясь при очень низкой температуре, может рассыпаться на мелкие кусочки после удара молотка. Изменение температуры может привести к изменению электромагнитных свойств тела: например, сильно разогретый магнит может утратить свои свойства, то есть перестать притягивать металлы. Всё это говорит о том, что тепловые явления объясняются некими изменениями внутренних параметров тела.

На самом деле, еще древние философы говорили о том, что теплота — это некий вид внутреннего движения. Однако, только в 18 веке появилось более или менее структурированное учение о тепловых явлениях, которое стало называться молекулярно-кинетической теорией. Огромный вклад в развитие молекулярно-кинетической теории внес Михаил Васильевич Ломоносов. Ломоносов оказал самое благоприятное влияние на развитие физики, химии и других наук. Он рассматривал теплоту, как некое вращательное движение частиц тела.

Ломоносов оказал самое благоприятное влияние на развитие физики, химии и других наук. Он рассматривал теплоту, как некое вращательное движение частиц тела.

Молекулярно-кинетическая теория стремится объяснить свойства макроскопических тел и тепловые процессы, происходящие в них. Эти объяснения строятся на том, что все макроскопические тела состоят из отдельных частиц, которые постоянно находятся в беспорядочном движении.

Молекулярно-кинетическая теория — это очень правильное название, поскольку эта теория связывает изменения микроскопических и макроскопических параметров. Из курса физики восьмого класса вы знаете, что температура — эта мера средней кинетической энергии молекул. Значит, изменение таких микроскопических параметров, как скорость и кинетическая энергия молекул, влечет за собой изменение макроскопического параметра — температуры. А повышение температуры, как вы знаете, ведет к расширению тела, то есть, к увеличению его объёма, который тоже является одним из макроскопических параметров.